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岩土力学 2017年第07期杂志 文档列表

岩土力学杂志基础理论与实验研究

楔刀作用下软硬互层岩体贯入破坏试验研究1849-1855

摘要：隧道工程TBM施工中广泛遇到软硬复合地层，TBM刀具作用下软硬互层岩体破坏特征与均质岩体存在较大差异。采用RMT-301刚性试验机，对不同软硬互层组合下的类岩石板状试样进行了楔刀贯入破坏试验，并对试验过程进行了声发射和高速摄像监测，探讨了掘进轴向上软硬互层因素对TBM刀具破岩效果的影响。试验结果表明：刀具破岩的难易不仅与刀具直接作用层岩石性质有关，同时还受作用层与承压层岩石强度比值的影响；板状试样的剥落破坏区反映了刀具作用下试样的压塑区，作用层相同而承压层岩石越软时，作用层岩石将在垂直于刀具贯入方向上具有更大的破碎范围；板状试样的声发射事件平面定位点具有聚集分布的特点，聚集区亦表现出随承压层材料由相对较硬到相对较软而有垂直于刀具加载方向发展的趋势，表明声发射平面定位结果的聚集分布较好地反映了试样内部的损伤劣化情况。

筒型基础在粉质黏土中的静压沉放试验研究1856-1862

摘要：筒型基础是一种常见的海洋基础型式，其成功地沉放就位是正常使用的前提。故针对筒型基础，在均匀粉质黏土中开展了不同长径比的模型静压沉放试验，得到了筒型基础在静压沉放过程中的筒端和筒壁内外压力的变化情况。试验结果表明：筒内压力呈双折线形式，筒外压力线性增加，筒壁的侧向挤压是产生筒内压力的主要原因，简内的挤土效应明显高于筒外；筒外的挤土程度为上部小，下部大，并与土塞增长率IFR成线性关系；筒端阻力与土的强度直接相关。根据规范，基于不排水剪强度和静力触探（CPT）可较准确的计算筒侧阻力和端阻力，由于挤土效应的差异，计算筒内阻力时的口、杆要取较大值。在基础沉放过程中主要阻力由端阻转变为侧阻，静压阻力和土塞的发展对0．1～0．2cm／s之间的下沉速度不敏感，长径比￡／D在1～2间的筒型基础的挤土效应和阻力特性是相近的。

高聚物胶凝堆石料动残余变形特性试验研究1863-1868

摘要：提高坝顶区堆石料整体稳定性是土石坝抗震加固的有效措施之一。为此，提出一种高聚物胶凝堆石料加固技术，该技术能显著提高堆石料强度，并有效地减小动荷载下堆石料的永久变形。为研究高聚物胶凝堆石料动残余变形特性，开展不同围压、不同固结比、不同动应力比和不同高聚物含量的系列动三轴试验。结果表明：高聚物胶凝堆石料的动残余变形随动应力比和围压的增大而增大；在围压为300kPa、固结比为1．5、动应力比为0．4条件下，高聚物含量为2％的胶凝堆石料产生的残余应变要比相同条件下堆石料的残余应变低74％，因此，高聚物显著减小了堆石料的残余变形。给出了沈珠江残余变形模型计算参数，并进行了对比分析。

利用地震动强度指标评价场地液化的离心模型试验研究1869-1877

摘要：场地地震液化灾变（液化触发与震后变形）评价对基础设施抗震设计和安全服役有重要意义。为研究目前常用地震动强度指标IM的液化灾变评价能力，开展水平饱和砂土场地离心机振动台模型试验，对模型在50g离心加速度下进行了20次不同幅值的振动，得到了液化与非液化响应数据。基于振动台台面输入建立峰值加速度amax、地震剪应力比CSR、阿里亚斯强度厶和累积绝对速度CAV5的算法，并利用模型试验数据检验了这几种IM与液化触发和震后变形的相关性。分析表明，几类IM对液化触发的评价能力接近，且从超静孔压产生到初始液化触发都存在明显的IM阈值；几类IM对震后沉降评价能力有一定差异，其中厶和CAV5优于amax和CSR，并对造成上述差异的原因做了初步分析。文中研究为选择合理的地震动强度指标评价场地液化灾变提供了科学依据。

红黏土地层静压闭口管桩残余应力模型试验分析1878-1886

摘要：在典型的上硬、下软红黏土地层中静压管桩滞留的残余应力对基桩承载特性有较大影响。通过自行设计模型试验设备进行红黏土地层单、群桩静压闭口管桩室内试验，分析3种桩径下静压单、群桩残余应力的变化规律及时间效应。结果表明，静压管桩桩身残余应力沿桩身从上到下先增大后变小，呈折线型分布；对于典型的红黏土上硬、下软地层，桩端持力层位于硬塑层和可塑层时，桩身和桩端残余应力均较小；当管桩压入到基岩持力层后桩端受约束增强，桩身和桩端残余应力明显增大；静压单桩完成后静置初期桩身残余应力时间效应比较明显，减小幅度较大，复压后而后随着休止时间的延长，桩身残余应力呈指数型衰减至一较低稳定值；静载试验时忽略残余应力就将认为整个桩身所受压力偏小，偏大计算中性面以上侧摩阻力7．97％，偏小计算中性面以下侧摩阻力8．33％和桩端阻力2．29％。

三种工况下扩底楔形桩承载特性模型试验研究1887-1893

摘要：扩底楔形桩具有单位材料利用率高、竖向桩侧摩阻力和桩端阻力较常规等截面桩高的技术优点。然而，针对该桩型竖向及水平向承载力的定量模型试验研究相对较少。基于模型试验方法，开展砂性土中竖向、水平向荷载以及地面堆载等不同形工况荷载作用下扩底楔形桩的承载特性试验，测得不同荷载等级下桩侧摩阻力、桩端阻力、侧向土压力、桩顶下拽位移以及桩身下拽力等分布规律；同时，开展等混凝土用量常规等直径桩的承载特性试验作为对比分析，初步探讨了两种桩型的受力机制与异同点。研究结果表明，试验条件下，扩底楔形桩的单桩竖向承载力约为等直径圆桩的2．33倍，表现出侧阻力和端阻力都优于圆形桩的特点；水平承载力约为等直径圆桩的1．48倍，上部直径较大和扩大头的存在提高了其水平承载性能；与等直径圆桩相比，楔形角的存在可有效降低桩顶下拽位移，可见把传统桩型转变成扩底楔形桩是降低负摩阻力对桩基影响的有效方法之一。

干湿循环下黄土强度衰减与结构强度试验研究1894-1902

摘要：针对干湿循环作用下黄土强度问题，系统地开展了常规三轴试验，提出了黄土结构强度和衰减强度的求取方法，探讨了不同围压和含水率对结构和衰减强度的影响，研究了黄土结构与衰减强度的关系。研究结果表明，黄土结构和衰减强度都随含水率的增大而减小，且呈良好的对数函数关系；结构和衰减强度都随围压的增大而增大，具有良好的线性关系；通过对结构和衰减强度的研究，发现多次干湿循环后原状黄土的强度衰减值与相应的重塑黄土的强度衰减值和黄土的结构强度之和基本相等，证明多次的干湿循环作用不仅仅打破了原状黄土的结构强度，并最终使得其与重塑黄土具有基本相同的土体结构。

水泥改良泥质板岩粗粒土的静动力特性试验1903-1910

摘要：为综合评价水泥改良泥质板岩粗粒土的力学性质改良效果，利用大型静动三轴仪对改良土和未改良土开展不排水条件下的循环动力加载和单调加载试验。研究该改良土的循环动力特性和中低应变率单调加载下的静、动力学特性。研究表明，对于循环动力加载试验，围压和加载频率均是影响改良土动弹性模量和阻尼比的重要因素；循环动应力强度和破坏振次的对数近似呈线性递减关系；随着应变率增加，水泥改良泥质板岩土的静动应力强度之比显著增加。相对未改良土，改良土的刚度显著提高，而黏滞性减弱；改良土动应力强度的应变率效应显著增大；改良土的静力强度有了显著提高。改良土的内摩擦角和未改良土的相差不大，而它的黏聚力较未改良土有了很大的增加。水泥改良，泥质板岩粗粒土后的静、动力学性质得到提高，改良效果良好。

微型桩-加筋土挡墙应力变形特性的多因素分析1911-1918

摘要：山区斜坡地带加筋土挡墙的破坏模式为回填土区域沿着边坡产生整体下滑，且回填土强度的降低会更显著地增加挡土墙的变形。针对这种破坏模式，开发了微型桩加固方法，建立了加固前、后的斜坡土挡墙有限元模型，并通过对静载模型试验的数值模拟，对有限元模型的可靠性进行了验证。在此基础上，就自然边坡状况和回填土强度这两个重要因素对微型桩-加筋土挡墙的应力变形特性开展分析。结果表明：微型桩的加固能够有效抑制回填土区域的下滑，根据自然边坡状况的不同，挡土墙位移可较加固前减小6．25％~46．9％，且坡面摩擦角越低，加固前、后的差别越显著；根据回填土强度的不同，挡土墙位移可减小6％~56．1％，且回填土强度越低，减小的比例越大；同时，侧向土压力和回填土的变形也显著降低。其结果可为微型桩-加筋土挡墙在山区公路工程中的实际应用提供指导。

NaCl溶液对土体冻结特征影响的试验研究1919-1925

摘要：冻结特征曲线（SFCC）是指冻土中温度和未冻水含量之间的关系，采用核磁共振系统和低温恒温冷浴获得了采用不同浓度NaCl溶液饱和的黏土的冻结特征曲线。根据试验结果分析不同浓度的孔隙溶液对冻结特征的影响规律，结果表明：随着溶液浓度的增大，冻结特征曲线向上移动，也就是说在相同未冻水含量下，浓度越大，冻结温度越低。这主要是因为盐溶液引起了渗透势能，使得孔隙水中总势能降低，从而降低了孔隙水的冰点。在冻土中，孔隙水的冻结温度与能量状态有关，其中孔隙水的势能包括基质势能和渗透势能，而基质势能部分又分为毛细部分和吸附部分，渗透势能与孔隙溶液的浓度有关。当土体中未冻水含量较低时，主要是吸附效应在起作用。此时未冻水是以吸附膜的形式吸附在土颗粒的周围，将非饱和土的概念引入到冻土中，采用分子间作用力和吸附水膜厚度之间的关系，以描述处于吸附状态的冻结特征曲线。结合渗透势能来模拟不同浓度下的冻结特征曲线，与试验数据拟合结果较好。

基于极限分析法的溶洞顶板极限承载力研究1926-1932

摘要：针对下伏溶洞顶板极限承载力问题，提出了两种顶板极限承载力计算方法；方法1：假定冲切体为圆锥台，由极限平衡法得出极限平衡状态下破坏面上拉应力与剪应力同时作用时的极限承载力；方法2：假定冲切体是以一个未知曲线为母线的旋转体，由极限分析法求出其母线形式以及极限承载力的表达式，通过求偏导获得了溶洞顶板的极限承载力。同时进行了下伏溶洞顶板极限承载力室内模型试验，得到了1～5倍桩径顶板厚度下溶洞顶板基岩的破坏模式以及相应的极限承载力，实测结果与理论吻合良好。研究表明：溶洞顶板厚度为1D至3D（D为桩径）时，发生冲切破坏，破坏模式是以曲线为母线的旋转体，4D时发生撕裂＋冲切复合破坏，5D时基岩出现塑性破坏。在溶洞顶板厚度为1D~4D时，同一跨径比条件下，极限承载力随顶板厚度的增加呈线性增长，达到5D时，顶板承载力与基岩基本一致。

层状盐岩石膏夹层在腐蚀条件下断裂韧度试验及其弱化机制研究1933-1942

摘要：国内盐岩矿床的典型特征是夹层多，其中云应、平顶山地区多为石膏夹层。盐岩储库在建造和运行过程中，夹层会浸泡在卤水和石油中。为了研究石膏夹层在腐蚀条件下的断裂韧度和弱化损伤机制，采用国际岩石力学学会建议的V形切槽巴西圆盘试验（CCNBD）试件，分别将其浸泡在淡水、半饱和卤水、饱和卤水和酸性石油中，温度分别为20℃、50℃、80℃，浸泡时间为1个月，并与干试件进行对比。研究结果表明：同一种液体浸泡后，石膏的断裂韧度随着温度的升高而急剧下降，而同一温度下，石膏的断裂韧度随着卤水的浓度增大基本不变。水和卤水浸泡后的石膏断裂韧度变化程度要大于酸性石油。石膏在水和卤水浸泡后的弱化机制是由于水-温度-氯离子的作用，其中水-温度的作用占主导，氯离子的侵蚀作用较小；酸性石油浸泡后的弱化机制是因为温度破坏了氢键及受热膨胀，同时另一原因是石膏和酸性石油（环烷酸）发生弱反应。环烷酸和石膏发生环烷酸钙，而环烷酸钙溶于油相有利于反应正向进行。上述研究对评估盐岩储库的稳定性及其密闭性具有重要意义。

围压与含水率对冻结砂土破坏应变能密度影响特性研究1943-1950

摘要：基于一系列不同围压、不同含水率条件下的冻结砂土的三轴压缩试验，在一个宽泛的含水率范围内，研究了围压与含水率对冻结砂土破坏应变能密度的影响特性。试验结果表明：含水率为30．6％的冻土试样容易发生塑性破坏，其他含水率的冻土试样容易发生脆性破坏。围压对破坏应变能密度的影响可以分为低围压阶段、中围压阶段、高围压阶段，并且含水率对临界围压有重要影响。含水率对破坏应变能密度的影响也可以分为两种类型：当围压较低时（50kPa），随着含水率的增大，破坏应变能密度有一个初始增加的阶段，在含水率约为30．6％时破坏应变能密度达到最大值600kPa，之后随着含水率的继续增大，破坏应变能密度转而减小，达到60kPa后含水率的进一步增大不再影响破坏应变能密度，即此时冻土的破坏应变能密度接近于冰的破坏应变能密度；当围压较高时（大于等于500kPa），与低围压阶段相比，破坏应变能密度没有初始增加的阶段。

基于声发射特征的盐岩蠕变本构模型研究1951-1958

摘要：针对盐岩作为储库介质在长期运营下的变形行为，开展了历时359d的层状盐岩室内单轴蠕变试验，实时监测了试验过程中的声发射信号规律。研究表明，盐岩单轴蠕变试验中声发射表现出特征明显不同的3个阶段，累计声发射事件定位显示，各阶段声发射信号的分布与试件的变形及破坏位置基本一致，并且累计声发射事件数与蠕变应变近似满足线性关系，验证了基于声发射事件数来建立盐岩蠕变本构模型的合理性。进一步构建了基于声发射的盐岩损伤演化本构模型，并采用最小二乘法拟合本试验数据获得本构模型中的参数，由拟合曲线可知，基于声发射的盐岩蠕变本构模型能够较好地描述盐岩蠕变的3个特征阶段。

基于状态相关本构模型的砂土非共轴特性模拟1959-1966

摘要：基于屈服面角点非共轴理论中采用Gram-Schmit正交化方法，提出了一种新的非共轴本构模型。模型修正了原有的流动法则，其中非共轴流动方向被定义为将单位应力增量方向在参考主应力正交方向上的投影，同时与塑性标量因子相关联。另外，根据广义应力的状态下的剪胀方程推导了一种新的塑性函数形式。以状态相关砂土模型为基本模型，分别采用新的非共轴模型和未修正的模型模拟了Toyoura砂的空心圆柱单剪试验和空心圆柱扭剪试验，将模型模拟的结果与试验数据进行对比，结果表明，新非共轴模型能更为合理地反映试验中非共轴现象及其变化规律，特别是固定主应力轴方向的单调剪切试验。

剪切速率对平直充填节理的剪切力学特性影响研究1967-1973

摘要：不同剪切速率下充填节理的剪切特性对动态荷载作用下工程岩体的安全稳定性有着重要的影响。为了研究剪切速率对充填节理的剪切力学特性的影响，通过花岗岩试块中间充填天然河砂模拟充填节理。采用RMT-150C电伺服试验机进行直接剪切试验，研究了法向压力、剪切速率和充填厚度对充填节理的剪切力学特性的影响。试验结果发现，充填节理的剪切应力-位移曲线属于屈服剪切型，分为弹性阶段、过渡阶段和滑移阶段，无明显峰值强度，在滑移阶段剪切应力继续增加，增加速率与法向压力大小有关。随着剪切速率的增加，充填节理的剪切强度和内摩擦角略有增加。为了考虑充填节理剪切应力-位移关系的非线性变化过程，采用双曲线形式对弹性阶段的应力-位移曲线进行拟合，结果较好，并提出初始剪切刚度和刚度影响系数描述其变形特性。剪切速率和法向压力的增加会大幅度增加初始刚度，充填厚度对两个参数的影响与法向压力有关。对于无起伏度的平直节理，剪切速率和充填厚度对剪切强度影响较小，但对充填节理的变形特性有重要的影响。

单轴压缩下含层理加锚岩石力学特性研究1974-1982

摘要：为分析锚固方式和层理对加锚岩石力学特性影响规律，采用相似材料预制含层理岩石，室内钻取0°和90°层理标准试件，以45号钢加工而成的螺杆模拟锚杆，分别对试件进行端部锚固和全长锚固，从而得到不加锚杆、端部锚固、全长锚固3种试件，而后在MTS815岩石力学试验系统上对试件进行单轴压缩试验分析其变形、强度特征。结果表明：锚杆可提高岩石的强度，且层理方向和锚固方式影响其对强度的提高幅度。层理相同的加锚试件，全长锚固下岩石的抗压强度提高幅度大于端部锚固岩石；同一锚固方式下，90°层理加锚试件的单轴抗压强度提高幅度大于0°层理加锚试件。锚固方式不同，加锚试件的破坏形式亦有所差别。根据锚固方式不同，可将破坏形式分为剪切拉伸和剪切错断2种。锚固方式对加锚试件锚杆失效模式无影响，二者均表现为岩体与灌浆界面滑脱，但全长锚固与端部锚固所不同的是，全长锚固锚杆与岩石粘结长度更大，粘结强度更高，失效时可带出更多、更厚的岩石碎屑。

膨胀岩崩解特性的干湿循环效应与粒度熵表征1983-1989

摘要：膨胀岩是一种特殊软岩，在于湿循环作用下容易崩解泥化。针对延吉膨胀岩，开展干湿循环作用下膨胀岩浸水崩解试验，研究其粒径变化规律。根据干湿循环后粒径分布，引入标准基础熵表征膨胀岩崩解特性，并与崩解比进行类比分析。研究结果表明：各粒组含量在前3次干湿循环中变化较大，第3次干湿循环后逐渐趋于稳定；随着干湿循环次数的增加，粗颗粒含量逐渐减少，细颗粒含量增加，土颗粒大小经历了由均匀到不均匀，再到均匀的过程；标准基础熵与崩解比存在明显的线性负相关关系，标准基础熵随着崩解比的增大而减小，表明利用标准基础熵表征颗粒分布规律是合理可行的；随着干循环次数的增加，标准基础熵先减小，后逐渐稳定，与级配曲线及其衍生指标变化规律相同，再次验证该方法的可行性和适用性，为膨胀岩的崩解破碎分析提供一种新的量化指标；膨胀岩路堑边坡开挖以后，应及时采取防水保湿措施，防止发生崩解泥化现象。